KR0180480B1 - 스위칭 방식 전원 공급장치(smps)의 라인 필터회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스위칭 방식 전원 공급장치(SMPS)의 라인 필터회로에 관한 것으로서, 컴온모드 캐패시터에 Y1 급의 캐패시터를 사용하여 라인 필터회로의 구성을 간단하게 하여 크기를 줄이고, 회로의 안전도에 문제가 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다

이를 위하여 본 발명은 SMPS 회로의 교류 전원라인에 라인과 라인간을 접속하는 노말모드 캐패시터와 라인과 접지단자 사이를 접속하는 컴온모드 캐패시터로 라인 필터를 구성하되, 상기 컴온모드 캐패시터를 단자간에 이중 절연(또는 강화 절연)되어 안전규격의 피치가 6[mm]이상을 유지하는 Y1급 캐패시터로 구성하는 것을 특징으로 한다.

Description

스위칭 방식 전원 공급장치(SMPS)의 라인 필터회로

본 발명은 스위칭 방식 전원 공급장치(Switching Mode Power Supply : 이하는 SMPS라 칭함)의 노이즈 제거회로에 관한 것으로서, 특히 SMPS 회로의 교류 전원라인에 외부에서 칩입하는 노이즈를 제거하기 위하여 사용하는 라인 필터를 단자간에 이중 절연(또는 강화 절연)되어 안전규격의 피치가 일정 거리 이상 유지되는 캐패시터로 구성함으로써, 필터 회로를 간단하게 하여 부품수를 줄이고 전원 회로의 크기를 소형화할 수 있으며, 또한 SMPS 회로의 안전도를 높일 수 있는 SMPS의 라인 필터회로에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 SMPS 회로는 도 1에서와 같이 전원 플러그를 통해 들어오는 교류 전원(AC)에 혼입되는 잡음을 제거하는 라인 필터부(1)와, 상기 라인 필터부에서 잡음 제거되어 들어오는 교류 전원을 브리지 정류회로 등을 이용하여 1차적으로 정류하는 1차측 정류부(2)와, 상기 1차측 정류부를 거쳐 정류되어 들어오는 전압으로 1차 권선측에 에너지를 저장하고, 그 저장된 에너지를 이용하여 2차 권선측으로 전압을 유기시키는 스위칭 트랜스포머(T1)와, 상기 스위칭 트랜스포머의 1차 권선 전류제어단에 연결되어져서 그 발진동작을 제어하는 스위칭 트랜지스터(Q1)와, 기동 저항(R2)에 의해 동작 개시되어 상기 스위칭 트랜스포머의 온/오프 주기를 조절하여 펄스폭 변조된 구형파 신호(PWM 신호)를 출력하는 발진 구동부(6)와, 상기 스위칭 트랜스포머의 2차측 직류 출력전압을 정류하여 평활한 후 부하측에서 필요로 하는 정전압으로 공급하는 2차측 정류부(4)와, 상기 2차측 정류부의 출력을 검출하여 포토 커플러(PC1)의 동작을 제어하고 그 포토 커플러의 동작에 따라 상기 발진 구동부의 동작을 제어하는 전압변동 검출부(5)와, 상기 스위칭 트랜스포머 오프시 역방향으로 인가되는 과도한 서지전압을 제압하기 위해 스위칭 트랜지스터(Q1)의 출력측과 스위칭 트랜스포머(T1)의 1차측 코일 양단에 공통되게 접속한 스너버 회로부(7) 및 서지 제한용 저항(R1)등으로 구성되어 있다.

이러한 구성의 종래 SMPS 회로에서 전원 플러그를 통해 전원코드를 타고 교류전원(AC)이 인가되면 라인 필터부(1)에서 교류전원에 혼입되는 외부 잡음을 제거한 후 1차측 정류부(2)를 거치면서 직류전원으로 변환되어 스위칭 트랜스포머(T1)의 1차 권선측에 인가되고, 동시에 기동 저항(R2)을 거쳐 발진 제어소자인 트랜지스터(Q1)의 베이스단자와 발진 구동부(6)에 인가된다.

따라서 발진 구동부(6)에서는 전원이 공급되는 동작 초기에 기동 저항(R2)에 의해 동작이 개시되어 임의 주기를 갖는 구형파의 펄스폭 변조신호를 출력하여 스위칭 트랜지스터(Q1)를 온/오프시키므로 상기 스위칭 트랜지스터가 온되는 경우 스위칭 트랜스포머(T1)는 그 1차 권선측에 전류가 흘러 에너지가 저장되며, 그에 따라 2차 권선측에 전압을 유기시켜 상기 스위칭 트랜지스터(Q1)가 오프시 스위칭 트랜스포머는 2차 권선측에 유기된 전압으로부터 2차측 정류부(4)를 통해 부하의 각 부분으로 공급할 수 있게 되며, 반대로 상기 스위칭 트랜지스터(Q1)가 오프상태를 유지하는 경우 스위칭 트랜스포머(T1)의 1차측 코일을 통해 흐르던 전류가 차단되면서 그 발진 동작을 멈추게 한다.

그리고 상기 트랜스포머(T1)가 고속 스위칭 발진동작을 실시하게 될 때 누설 인덕턴스에 의하여 오프시 그 1차측 권선 양단에 과도한 서지(Surge)전압이 역방향으로 발생하며, 이러한 전압은 결국 스위칭 트랜지스터의 콜렉터와 에미터 단자 사이에 나타나 만약 이 전압이 트랜지스터의 콜렉터와 에미터간 정격 전압(Vce)을 초과하는 경우 스위칭 트랜지스터(Q1)가 파괴되는 문제를 야기시키므로 따라서 스위칭 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 출력측과 스위칭 트랜스포머(T1)의 1차측 코일 양단에 스너버 회로부(7)와 서지 제압용 저항(R1)을 연결함으로써, 고속 발진동작시 마다 역방향으로 발생될 수 있는 과전압을 제압할 수 있게 하였다.

이러한 스너버 회로는 도면에서는 생략하였으나 대체적으로 스위칭 트랜스포머(T1)가 오프될 때 역류하는 과도한 서지 전압을 강하시키기 위한 댐퍼 저항과, 상기 스위칭 트랜지스터(Q1)로 역류하는 전류를 바이패스시키기 위한 역전류 바이패스용 다이오드를 직렬로 연결하고, 상기 댐퍼 저항의 양단에 과도한 서지전압을 흡수하기 위한 평활용 캐패시터를 연결하여 스위칭 트랜지스터(Q1)가 오프인 경우 그 콜렉터-에미터 단자간에 걸리는 전압을 다이오드를 통해 정류하고 캐패시터로 평활해서 댐퍼 저항을 통해 열로 소비하여 스위칭 트랜지스터의 콜렉터-에미터간 전압(Vce)을 낮추는 형태로 이루어진다.

그리고 상기 스위칭 트랜스포머가 발진동작을 계속하게 될 때 전압변동 검출부(5)에서는 상기 2차측 정류부(4)의 출력단 전압을 검출하여 과부하 또는 과전압 인가상태를 판단하고 그 결과에 따라 포토 커플러(PC1)의 동작을 제어함으로써, 발진 구동부(6)에서 출력되는 PWM 신호를 조절하게 된다.

그런데 일반적으로 교류 전원 라인은 외부 전파나 번개, 정전기 방전, 스위치 등의 접점 스파크 등의 각종 노이즈가 부가되거나 또는 스위치나 릴레이, 사이리스터등으로 교류 전류를 직접 스위칭 할 경우 큰 펄스성의 노이즈를 발생시키며, 또는 부하 변동이 큰 기기는 일반적으로 큰 노이즈원(源)이 된다.

따라서 상기와 같은 교류 전원 라인상의 노이즈는 가능한 한 전자기기의 직류전원 바로 앞에서 제거해야만 하며, 일반적으로 직류 전원장치는 50Hz의 교류 성분을 정류, 평활화하여 안정된 직류 전압을 형성하는 것을 목적으로 하고 있고, 50Hz보다 고주파나 저주파의 성분에 대해서는 제거능력이 낮아진다.

특히 고주파의 펄스성 노이즈는 자주 직류 전원장치를 빠져 나가 SMPS 회로에 문제를 야기시키며, 상기의 교류전원 라인에 큰 노이즈가 있으면 과전압에 의해 직류 전원 장치가 고장날 위험이 있다.

따라서 상기와 같은 교류 전원 라인의 노이즈를 제거하기 위해 도 2와 같이 라인 필터부(1)를 구성하여 사용하는데, 이때 상기와 같은 라인 필터부를 사용하는 경우 필터의 입력측과 출력측의 선을 근접시키지 않을 것과, 접지를 확실히 채택할 것의 2가지 주의해야할 원칙이 있다.

그 이유는 아무리 필터에 의해 노이즈를 제거해도 입력측과 출력측의 선을 근접시키면 노이즈는 필터를 바이패스하여 스트레이 캐패시턴스를 전달해버린다. 따라서 도 2의 경우에서와 같이 라인과 라인간에 접속하는 노말모드 캐패시터(C11)와 라인과 접지간에 접속하는 컴온모드 캐패시터(C12-C16)들은 각각 안전 규격의 피치를 3밀리미터[mm] 이상 그 내부에서 유지시켜 주는 X1, Y2등급의 캐패시터를 사용하여 라인 필터부(1)를 구성하여야 하였다.

이때 컴온모드의 캐패시터를 사용하여 각각 라인과 접지간의 접속을 실시하는 경우 안전 규격의 피치를 6밀리미터[mm]로 유지시키기 위하여 각각의 컴온모드 캐패시터(C12,C13)에 또 하나의 컴온모드 캐패시터(C14)를 접속하여 접지단자로 연결하며, 또한 1차측 정류부(2) 및 스위칭 트랜스포머(T1)의 1차측 라인과 접지단자간에도 두 개의 컴온모드 캐패시터(C15,C16)를 직렬로 사용하여 구성하고 있었다.

그러나 상기와 같이 컴온모드 캐패시터에 Y2 급의 캐패시터를 사용하는 경우 여러개의 캐패시터를 사용하여야 하므로 라인 필터회로의 구성이 매우 복잡해지며, 그에 따라 SMPS 회로의 크기가 커질 뿐만 아니라 상기와 같이 컴온모드 캐패시터의 안전규격의 피치를 유지하기 위하여 두 개의 컴온모드 캐패시터를 직렬로 연결하여 사용할 때 그 중 하나가 파괴되는 경우 회로의 안전도에 문제가 발생하는 등의 많은 문제점들이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 본 발명은 SMPS 회로의 교류 전원라인에 외부에서 칩입하는 노이즈를 제거하기 위하여 사용하는 라인 필터회로를 단자간에 이중 절연(또는 강화 절연)되어 안전규격의 피치가 6[mm]이상을 유지하는 컴온모드 캐패시터를 사용하여 간단하게 구성함으로써, 회로 부품수를 줄이고 전원 회로의 크기를 소형화할 수 있으며, 또한 SMPS 회로의 안전도를 높일 수 있는 스위칭 방식 전원 공급장치(SMPS)의 라인 필터회로를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 SMPS 회로의 교류 전원라인에 라인과 라인간을 접속하는 노말모드 캐패시터와 라인과 접지단자 사이를 접속하는 컴온모드 캐패시터로 라인 필터를 구성하되, 상기 컴온모드 캐패시터를 단자간에 이중 절연(또는 강화 절연)되어 안전규격의 피치가 6[mm]이상을 유지하는 Y1급 캐패시터로 구성하는 것을 특징으로 하는 스위칭 방식 전원 공급장치(SMPS)의 라인 필터회로를 제공한다.

도 1은 종래의 SMPS 회로의 블럭도

도 2는 종래의 라인 필터부를 상세하게 나타내 보인 회로도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 라인 필터부를 상세하게 나타내 보인 회로도

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＊

2 : 1차측 정류부 10 : 라인 필터회로

T1 : 스위칭 트랜스포머 C11 : X1급 노말모드 캐패시터

C12-C16 : Y2급 컴온모드 캐패시터 C22-C24 : Y1급 컴온모드 캐패시터

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 방식 전원 공급장치(SMPS)의 라인 필터회로를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 방식 전원 공급장치(SMPS)의 라인 필터회로의 구성을 보인 상세도이다.

도면에서 보는 바와 같이 SMPS 회로의 교류 전원라인에는 라인과 라인간에 X1급의 노말모드 캐패시터(C11)가 연결되어 있다. 이때의 X1 등급 노말모드 캐패시터는 내전압이 1분간 직류 1720볼트[V]이고, 임펄스 전압이 4킬로볼트[KV]인 X1등급의 규격을 갖는 것을 사용하고 있다.

상기 교류 전원라인에는 또한 라인과 접지단자간에 접속하는 컴온모드 캐패시터(C22,C23)가 각각 한 개씩 연결되어 있으며, 또한 1차측 정류부(2)의 출력단 접지라인과 스위칭 트랜스포머(T1)의 1차측 접지라인에는 한 개의 컴온모드 캐패시터(C24)를 공통으로 연결하여 그 캐패시터를 접지단자로 접속하여 라인 필터부(10)를 구성하고 있다.

이때 컴온모드 캐패시터들을 각각 라인과 접지간의 접속을 실시하는 경우 안전 규격의 피치를 6밀리미터[mm]로 유지시켜야 하므로 상기 각각의 컴온모드 캐패시터(C22-C24)들은 안전 규격의 피치가 6밀리미터[mm] 이상이고, 이중절연 또는 강화절연되어 있으며, 내전압이 1분간 교류 4킬로볼트[KV]이고, 임펄스 전압이 8킬로볼트[KV]인 Y1등급의 캐패시터를 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이 구성되는 본 발명에 따른 스위칭 방식 전원 공급장치(SMPS)의 라인 필터회로를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 SMPS 회로의 교류 전원라인에 라인과 라인간을 접속하는 노말모드 캐패시터(C11)는 X1 등급의 것을 사용하고, 라인과 접지단자 사이를 접속하는 컴온모드 캐패시터(C22-C24)는 Y1 등급의 것을 사용하여 라인 필터부(10)를 구성하고 있는 것으로서, 상기 컴온모드 캐패시터는 단자간에 이중 절연(또는 강화 절연)되어 안전규격의 피치가 6[mm]이상을 유지하는 Y1급 캐패시터이므로 하나의 컴온모드 캐패시터를 사용하여서도 회로상의 안전 규격의 피치를 충분하게 유지할 수 있어 종래 Y2 급의 컴온모드 캐패시터와 비교하는 경우 라인 필터회로의 구성이 매우 단순해질 수 있으며, 그에 따라 SMPS 회로의 크기가 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 컴온모드 캐패시터의 안전규격의 피치를 유지하기 위하여 두 개의 컴온모드 캐패시터를 직렬로 연결하여 사용하는 종래의 경우에 반하여 본 발명은 컴온모드 캐패시터중 하나가 파괴되어도 회로상의 안전 규격의 피치를 충분하게 유지할 수 있으므로 회로의 안전도를 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 방식 전원 공급장치(SMPS)의 라인 필터회로에 의하면 SMPS 회로의 교류 전원라인에 외부 노이즈를 제거하기 위하여 사용하는 라인 필터회로를 단자간에 이중 절연(또는 강화 절연)되어 안전규격의 피치가 6[mm]이상을 유지하는 컴온모드 캐패시터를 사용하여 간단하게 구성함으로써, 회로 부품수를 줄이고 전원 회로의 크기를 소형화할 수 있으며, 또한 SMPS 회로의 안전도를 높일 수 있는 유용함이 있다.

Claims (3)

1. SMPS 회로의 교류 전원라인에 라인과 라인간을 접속하는 노말모드 캐패시터와 라인과 접지단자 사이를 접속하는 컴온모드 캐패시터로 라인 필터를 구성하되, 상기 컴온모드 캐패시터를 단자간에 이중 절연(또는 강화 절연)되어 안전규격의 피치가 6[mm]이상을 유지하는 Y1급 캐패시터로 구성하는 것을 특징으로 하는 스위칭 방식 전원 공급장치(SMPS)의 라인 필터회로.
2. 제 1항에 있어서, 상기 컴온모드 캐패시터는 직류 전원장치 앞단의 교류 전원라인과 접지단자 사이에 각각 한 개씩 연결하는 것을 특징으로 하는 스위칭 방식 전원 공급장치(SMPS)의 라인 필터회로.
3. 제 1항에 있어서, 상기 컴온모드 캐패시터는 직류 전원장치의 출력단 접지라인과 트랜스포머의 일차측 접지라인에 한 개의 캐패시터를 공통으로 연결하여 접지단자 사이에 접속하는 것을 특징으로 하는 스위칭 방식 전원 공급장치(SMPS)의 라인 필터회로.